Geekly articles weekly

لماذا تدور المركبة الفضائية

بالنسبة للأجسام في الفضاء ، فإن الدوران أمر شائع. عندما تتحرك كتلتان بالنسبة لبعضهما البعض ، ولكن ليس تجاه بعضهما البعض أو بعيدًا عنهما ، فإن قوة الجاذبية تخلق عزمًا . ونتيجة لذلك ، تدور جميع الكواكب في النظام الشمسي حول الشمس.

ولكن هذا ما لم يؤثر عليه الشخص. لماذا تدور المركبة الفضائية؟ لتحقيق الاستقرار في الوضع ، قم بتوجيه الأجهزة باستمرار في الاتجاه الصحيح وفي المستقبل - لخلق جاذبية اصطناعية. دعونا نلقي نظرة على هذه القضايا بمزيد من التفصيل.



استقرار الدوران


عندما ننظر إلى سيارة ، نعرف الطريق الذي تسير فيه. ترجع إدارتها إلى التفاعل مع البيئة الخارجية - التصاق العجلات بالطريق. حيث تدور العجلات - تذهب السيارة بأكملها هناك. ولكن إذا حرمناه من هذا القابض ، إذا أرسلنا السيارة على إطارات صلعاء لركوبها على الجليد ، فسوف تدور في الفالس ، الأمر الذي سيكون خطيرًا للغاية على السائق. نادرًا ما يحدث هذا النوع من الحركة على الأرض ، ولكن هذا هو المعيار في الفضاء.

ب. ف. راوشينباخ ، أكاديمي وحائز على جائزة لينين ، كتب في "التحكم في حركة المركبات الفضائية" حول ثلاثة أنواع رئيسية من المهام للتحكم في حركة مركبة فضائية:
  1. الحصول على المسار المطلوب (التحكم في حركة مركز الكتلة) ،
  2. التحكم في التوجيه ، أي الحصول على الموضع المطلوب لجسم المركبة الفضائية بالنسبة للمعالم الخارجية (التحكم في الحركة الدورانية حول مركز الكتلة) ؛
  3. الحالة التي يتم فيها تحقيق هذين النوعين من التحكم في وقت واحد (على سبيل المثال ، عندما تقترب المركبة الفضائية من بعضها البعض).

يتم إجراء دوران الجهاز من أجل ضمان وضع مستقر للمركبة الفضائية. ويتجلى ذلك بوضوح في التجربة في الفيديو أدناه. سوف تتخذ العجلة المركبة على الكابل وضعًا موازيًا للأرضية. ولكن إذا كانت هذه العجلة غير مبررة في السابق ، فستحتفظ بموقعها الرأسي. ولن تتداخل الجاذبية مع هذا. وحتى الحمل الذي يبلغ وزنه كيلوغرامين المثبت على الطرف الثاني من المحور لن يغير الصورة كثيرًا.



مثال على مثل هذا الدوران قدمه روبرت فروست ، وهو مدرب وعامل في وكالة ناسا: هذه هي محطة جونو الكواكب الأوتوماتيكية ، التي تم إطلاقها في عام 2011 لدراسة المشتري ووضعها في المدار في 5 يوليو 2016 . الدوران هو إحدى طرق التوجيه والاستقرار ، والميزة الرئيسية منها هي الربحية. يجدر تدوير الجهاز مرة واحدة ، وبعد ذلك سيكون من الممكن الدوران لقرون ، دون استخدام الوقود الزائد وعدم القلق بشأن التحكم في الجهاز إلكترونيًا. إذا فشلت إلكترونيات الجهاز ، فسيحافظ Juno على الدوران.



حفظ الاتجاهات للأجهزة المنزلية


من الصعب ملاحظة مقاطع الفيديو ، لكن محطة الفضاء الدولية تدور باستمرار على طول المحور ص بسرعة 4 درجات في الدقيقة. يتم اختيار هذه السرعة الزاوية لمزامنة دوران المحطة حول محورها مع دورانها حول الأرض. تتم مراقبة الهوائيات بواسطة أقمار GPS الصناعية وأقمار الاتصالات ، ومن المستحسن رؤية الكوكب من نوافذ مراقبة الأرض لتسجيله. كما يتم استخدام الدوران والتسارع لتجنب الاصطدام بالحطام الفضائي.

تستخدم بعض المركبات الفضائية دورانًا للتحكم الحراري حتى لا يسخن جانبًا واحدًا ، مما قد يؤدي إلى حدوث أعطال. لا تفعل محطة الفضاء الدولية ذلك ، على عكس المركبات الأخرى التي يتم تسخينها بالتساوي.

في الفيديو أدناه ، يمكنك أن ترى كيف تحافظ المحطة على اتجاهها بالنسبة للأرض.



خلال الرحلات بين الكواكب ، تظهر لحظات القوى التي تم إنشاؤها بواسطة ضغط ضوء الشمس إلى الواجهة ، ويمكن أن يساعد هذا الضغط الجهاز في الحفاظ على الاتجاه المطلوب. استخدمت المركبة الفضائية "فينوس" و "المريخ" مخطط التوجيه التالي: بعد أن أعطى نظام التحكم للجهاز الموضع المطلوب بالنسبة للشمس ، تم إبلاغ الجسم عن الدوران حول محوره. ثم حدثت حركته حول مركز الكتلة تحت تأثير اثنين: التأثير الأعلى ولحظة القوى الناتجة عن ضغط ضوء الشمس. اكتسب الجهاز خصائص ريشة الطقس. مثل هذا المخطط المعقد جعل من الممكن ضمان اتجاه مستمر للألواح الشمسية للشمس.


مركبة فضائية "فينوس 3"

خلق جاذبية اصطناعية



مفهوم نوتيلوس، وX .

يتكيف الجسم مع الحياة في ظروف الجاذبية ، ويدير الجسم للبقاء بدونها. وليس فقط من أجل البقاء ، ولكن أيضًا للعمل بنشاط. لكن هذه المعجزة الصغيرة لا تخلو من العواقب. أظهرت التجربة المكتسبة على مدى عقود من الرحلات المأهولة إلى الفضاء: أن الشخص يعاني من الكثير من الأحمال في الفضاء التي تترك بصمة على الجسم والنفسية.

على الأرض ، يعاني جسدنا من الجاذبية التي تسحب الدم لأسفل. في الفضاء يستمر هذا الصراع ، لكن قوة الجاذبية غائبة. لذلك ، فإن رواد الفضاء منتفخون. يزداد الضغط داخل الجمجمة ، ويزداد الضغط على العينين. هذا يشوه العصب البصري ويؤثر على شكل مقل العيون. ينخفض ​​محتوى البلازما في الدم ، وبسبب انخفاض كمية الدم التي تحتاج إلى الضخ ، فإن ضمور عضلات القلب. عيب كتلة العظام كبير ، تصبح العظام هشة.

للتغلب على هذه الآثار ، يضطر الأشخاص في المدار إلى ممارسة الرياضة يوميًا. لذلك ، يعتبر إنشاء الجاذبية الاصطناعية أمرًا مرغوبًا فيه للسفر إلى الفضاء على المدى الطويل. يجب أن تخلق هذه التكنولوجيا ظروفًا طبيعية من الناحية الفسيولوجية لسكن الأشخاص على متن الجهاز. حتى كونستانتين تسيولكوفسكي اعتقد أن الجاذبية الاصطناعية ستساعد في حل العديد من المشاكل الطبية لرحلات الفضاء المأهولة.



تستند الفكرة نفسها إلى مبدأ معادلة الجاذبية والقصور الذاتي ، الذي ينص على أن: "قوى التفاعل الجاذبية تتناسب مع كتلة الجاذبية في الجسم ، في حين تتناسب قوى القصور الذاتي مع الكتلة الخاملة للجسم. إذا كانت الكتل بالقصور الذاتي والجاذبية متساوية ، فمن المستحيل التمييز بين القوة التي تعمل على جسم صغير بما فيه الكفاية - الجاذبية أو القصور الذاتي. "

هناك عيوب لهذه التكنولوجيا. في حالة الجهاز ذي نصف القطر الصغير ، ستؤثر القوى المختلفة على الساقين والرأس - وكلما كانت أبعد من مركز الدوران ، زادت قوة الجاذبية الاصطناعية. المشكلة الثانية هي قوة كوريوليس ، بسبب تأثير الشخص على الحركة الصخرية عند التحرك نسبة إلى اتجاه الدوران. لتجنب ذلك ، يجب أن يكون الجهاز ضخمًا. والقضية المهمة الثالثة تتعلق بتعقيد تطوير وتجميع مثل هذا الجهاز. عند إنشاء مثل هذه الآلية ، من المهم التفكير في كيفية تمكين الطاقم من الوصول باستمرار إلى المقصورات ذات الجاذبية الاصطناعية وكيفية جعل هذا الحيد يتحرك بسلاسة.

في الحياة الواقعية ، لم يتم استخدام هذه التكنولوجيا بعد لبناء المركبات الفضائية. تم اقتراح وحدة قابلة للنفخ بالجاذبية الاصطناعية لمحطة الفضاء الدولية لتوضيح النموذج الأولي لسفينة Nautilus-X. لكن الوحدة مكلفة وستخلق اهتزازات كبيرة. من الصعب القيام بالمحطة بكاملها مع الجاذبية الاصطناعية بالصواريخ الحالية - سيكون من الضروري جمع كل شيء في المدار في أجزاء ، مما قد يعقد في بعض الأحيان نطاق العمليات. وأيضًا ستعمل هذه الجاذبية الاصطناعية على شطب جوهر محطة الفضاء الدولية كمختبر للجاذبية الصغرى.


مفهوم وحدة قابلة للنفخ مع الجاذبية الصغرى لمحطة الفضاء الدولية.

لكن الجاذبية الاصطناعية تعيش في خيال كتاب الخيال العلمي. تحتوي سفينة هيرميس من فيلم The Martian على حافز دوار في المركز ، مما يخلق جاذبية اصطناعية لتحسين حالة الطاقم وتقليل تأثير انعدام الوزن على الجسم.



طوّرت الوكالة الوطنية الأمريكية للفضاء مقياسًا للتأهب التكنولوجي لـ TRL من تسعة مستويات: من المستوى الأول إلى المستوى السادس - التطوير كجزء من البحث ، من المستوى السابع والأعلى - أعمال التطوير وإثبات قابلية تشغيل التقنية. التكنولوجيا من فيلم "المريخ" تتوافق حتى الآن فقط مع المستوى الثالث أو الرابع.

هناك العديد من الاستخدامات لهذه الفكرة في أدب وأفلام الخيال العلمي. في سلسلة من الروايات التي كتبها آرثر كلارك "Space Odyssey" ، تم وصف "Discovery One" على شكل دمبل ، بمعنى فصل المفاعل النووي مع المحرك عن منطقة المعيشة. يحتوي خط استواء الكرة على "دائري" بقطر 11 مترًا ، يدور بسرعة حوالي خمس دورات في الدقيقة. يخلق جهاز الطرد المركزي هذا مستوى من الجاذبية يساوي القمر ، مما يمنع ضمور جسدي في الجاذبية الصغرى.

الصورة
"Discovery One" من "Space Odyssey"

في سلسلة الأنيمي Planetes ، تحتوي محطة الفضاء ISPV-7 على غرف ضخمة ذات جاذبية أرضية مألوفة. تقع منطقة المعيشة ومنطقة زراعة النبات في توري ، تدور في اتجاهات مختلفة.

الصورة

حتى الخيال العلمي الصعب يتجاهل التكلفة الهائلة لهذا الحل. أخذ المتحمسون على سبيل المثال السفينة "Elysium" من الفيلم الذي يحمل نفس الاسم. قطر العجلة 16 كيلومتر. الكتلة - حوالي مليون طن. إرسال البضائع إلى المدار يكلف 2700 دولار للكيلوغرام الواحد ، ستخفض SpaceX Falcon هذا الرقم إلى 1650 دولارًا للكيلوغرام. ولكن يجب تنفيذ عمليات إطلاق 18382 من أجل تسليم مثل هذه الكمية من المواد. هذا هو تريليون 650 مليار دولار أمريكي - ما يقرب من مائة ميزانية سنوية لوكالة ناسا.



بالنسبة للمستوطنات الحقيقية في الفضاء ، حيث يمكن للناس الاستمتاع بتسارع الجاذبية المألوف البالغ 9.8 متر / ثانية ، لا يزال بعيدًا. ولعل إعادة استخدام أجزاء الصواريخ ومصاعد الفضاء ستقرب هذا العصر.

Source: https://habr.com/ru/post/ar396029/

More articles:


All Articles